鋼筋混凝土建筑抗倒塌設計研究

張慶耀 劉鵬超 馬小惠 莊園 劉旭明

摘 ?要：在我國快速發展的過程中，隨著我國的經濟在快速的發展，我國的建筑行業發展十分迅速，在近年來建筑產業的發展過程中，建筑倒塌問題愈發嚴重，受到了社會大眾廣泛的關注。基于此，文章針對鋼筋混凝土建筑抗倒塌設計工作展開了詳細地分析和研究。

關鍵詞：連續倒塌;鋼筋混凝土;結構破壞

引言

建筑物的連續倒塌是指由于部分結構或構件的破壞而引起的在水平方向或垂直方向上結構的連鎖性破壞而造成的整個結構或大部分結構的倒塌現象。這種倒塌的結果通常要超過引起連續倒塌的偶然荷載本身所能夠造成的損害，即結果與起因之間是一種不平衡的關系。因此，建筑物的連續倒塌往往會造成超乎人們想象的損害。本文參照國外的研究成果，并結合我國實際情況與現行設計規范，防止建筑連續倒塌的一般原則，在此基礎上提出鋼筋混凝土框架結構的防倒塌設計的一般思路與抗倒塌策略。

1建筑分類

建筑抗倒塌設計一般是指避免建筑在遭受煤氣爆炸、炸彈爆炸、飛行器或大型汽車撞擊等偶然事件時發生連續倒塌。這種偶然事件可能造成部分結構或構件破壞，如果結構不能耗散偶然荷載產生的能量或阻斷破壞的發展，就會在垂直方向或水平方向引發連鎖破壞，從而導致整個結構倒塌。建筑抗倒塌設計的困難首先是偶然事件的不確定性。因為此類偶然事件屬人為失誤或故意破壞造成的，它的不確定性遠遠高于地震和颶風等自然災害的不確定性。目前，人們幾乎無法預測建筑在使用周期內可能遇到此類偶然事件的具體情況，所以就無法為設計者提供詳細的設計參數。顯然，建筑抗倒塌設計采用常規的設計方法既不經濟也不安全。但是，研究表明這種偶然事件和連續倒塌的風險是不能忽略的，并且其危險性正在增加。所以，建筑抗倒塌設計策略應該是：通過加強結構系統的整體性，增加結構的延性、連續性和贅余度，使結構具有“搭橋”能力和懸索作用，當部分構件破壞后能改變傳力路線，將破壞限制在允許的范圍內，達到避免建筑倒塌目的。

2鋼筋混凝土建筑抗倒塌對策研究

2.1鋼筋混凝土結構抵抗連續倒塌方法

在進行抗倒塌設計工作時，設計工作人員需要針對不同類別的建筑設定不同的設計工作目標，采用多種抗倒塌設計方式來進行對比，從中選擇出最佳的設計方案。在建筑設計中，需要充分考慮到建筑體可能受到的自然災害，明確建筑抗倒塌設計工作的前提條件。由于建筑體的初始布局及建筑的破壞性因素比較復雜，不同的初始設計布局會導致后續抗倒塌設計的不同結果。相關設計工作人員需要明確建筑體所能承受的最大破壞程度，在此基礎上對整個鋼筋混凝土結構的抗倒塌性能進行改進。

2.2防止連續倒塌的結構措施

面對建筑的連續倒塌，更重要的是從結構上采取措施，增強結構的冗余度、延性、連續性和整體性，以達到防止建筑連續倒塌的目的。（1）加強關鍵構件抵抗局部破壞的能力。加強關鍵構件的抗破壞能力是最為直接的方法。通過對于結構中容易受到外部威脅并且承擔主要荷載的關鍵構件的加強，可以增強其抵抗破壞的能力是建筑物的局部破壞程度減到最小，從而達到防止連續倒塌的目的。（2）增加結構及構件的冗余度，改變荷載傳遞路徑。建筑物連續倒塌的發生過程，由于結構局部破壞造成部分構件失效，該構件上部結構的原有傳力途徑被阻斷，若不能形成新的傳力途徑，會產生連鎖的破壞，最終造成建筑物倒塌?；谝陨蠈B續倒塌的認識，如果結構具有充分的冗余度，在局部發生破壞以后，能夠通過余下的構件，形成新的傳力途徑，就能夠阻止連續倒塌的發生。（3）增強結構的延性。對于爆炸這樣的偶然荷載，要使結構能夠完全抵抗，而不發生破壞是不現實的。防倒塌設計的主要目的是最大限度的保護人員及財產，從而建筑發生較大的變形是允許的。重要的是整體結構能夠通過個別構件的較大變形以充分爆炸荷載產生的能量，以達到法制連續倒塌的目的。這就需要結構構件具有充分的延性、整體性和連續性。對建筑進行分區，將破壞限制在獨立的區域以內。這是一種反其道而行的方法。有些時候我們很難通過上面的方法是結構足我們的方方面面的要求，這是我們可以在結構上對于建筑進行分區，使各區域各自獨立，各區域間聯系并不緊密，當建筑受到局部破壞時，連續倒塌的發生由于各分區間薄弱層的阻斷，使連續倒塌限定在單獨的區域以內，從而保護了其余的分區。

2.3板柱結構抗倒塌研究概況

板柱結構作為一種常用的結構形式，特別是《建筑抗震設計規范》2011版擴大了板柱一抗震墻結構應用范圍，可以預見板柱一抗震墻結構將會得到越來越多的運用。但對鋼筋混凝土板柱結構抗倒塌研究的文獻卻很少見，特別是針對板柱結構遭遇柱破壞后，發生連續倒塌破壞的研究很少見諸文獻。板柱結構的相關研究多見于對板柱節點抗震性能方面。有試驗表明，有抗剪鋼筋的板柱節點，其轉動能力可以達到4%。但板柱節點的滯回曲線均為捏攏型，耗能能力差。國外的板柱一剪力墻結構理論體系中，多采用彈性分析得到層間位移上限值為1.5%-2%的結論。在遭遇強烈地震時，板柱一剪力墻結構體系的耗能機制和抗倒塌性能并未得到系統的研究。水平地震作用下，一個或者多個板柱節點發生沖切一彎曲破壞，板柱節點失效，如果板柱節點處傳柱鋼筋不能承載該節點處荷載（實際上《建筑抗震設計規范》為防止板掉落，對板柱節點處穿柱鋼筋面積有要求），則板面掉落，板柱結構倒塌;柱失效后，原柱支承板面荷載分至相鄰節點，可能導致相鄰節點處沖切一彎曲破壞，從而結構發生倒塌;與水平地震作用不同的是，板柱結構柱失效后破壞，板面重力荷載可能具有更大的動力沖擊性（豎向），而水平地震作用時（水平），板柱結構板面重力荷載的作用動力特征與之不同;相同的是，板柱節點處配置足夠穿柱鋼筋，對于節點破壞后的新荷載路徑的形成具有重要意義。

結語

盡管建筑在其使用期內遭遇爆炸和恐怖襲擊等偶然事件的可能性很小，可是由于此類偶然事件在建筑中產生的荷載往往超過建筑設計時的允許荷載，會在建筑中產生局部破壞，如果建筑沒經過抗倒塌設計可能會發生連鎖破壞甚至連續倒塌，使最終產生的破壞和危害大大超過初始破壞的范圍。鋼筋混凝土建筑設計工作要注重混凝土結構的抗倒塌設計工作，努力提高建筑體整體的安全性和結構的穩定性，保證人們居住的安全性。

參考文獻

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